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4G/5G培訓(xùn)專家、副教授
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高暉:《5G網(wǎng)絡(luò)將會改變什么》
2017-09-29 3682

要談5G網(wǎng)絡(luò)會怎樣的改變世界,談通信技術(shù)本身,必須談及伴隨著這種技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生的應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)主要有三大特點(diǎn),極高的速率 enhanced mobile broadband (eMBB),極大的容量 Massive Machine Type Communication(mMTC),極低的時延Ultra Reliable Low Latency Communications(URLLC),我就從這三個方面入手聊聊他將會給這個世界帶來什么潛在的應(yīng)用。

1.高速率

5G可以說是站在巨人的肩膀上,依托4G良好的技術(shù)架構(gòu),5G可以比較方便的在其基礎(chǔ)之上構(gòu)建新的技術(shù)。未來的5G愿景最強(qiáng)烈的一個方面就是用戶體驗(yàn)到的網(wǎng)絡(luò)速率。4G現(xiàn)在已經(jīng)很快了,但是還不夠,5G要做到的目標(biāo)是最大10Gbps(defined by METIS)。

10Gbps是如何做到的呢?現(xiàn)在的移動網(wǎng)絡(luò)工作在相對較低的頻段,低頻段的好處的是傳播性能優(yōu)越,可以使運(yùn)營商用較少的成本(少量基站)達(dá)到很好的覆蓋。但是有一點(diǎn)不足就是低頻段的連續(xù)頻率資源非常寶貴,在國外各大運(yùn)營商會通過競標(biāo)的方式購買頻段的使用權(quán),而在我們國家是政府分配。在4G LTE中單個載波最大的頻率范圍是20MHz,通過載波聚合技術(shù)可以將多個非連續(xù)的載波合起來使用達(dá)到更高的速率,但是這樣還依然不夠。5G的一個特點(diǎn)就是高頻,受限于高頻的傳播性能,所以很多的高頻段頻率資源沒有被使用,這正是5G可以好好利用的資源。但是如何解決高頻通信的傳播問題呢?這就輪到大規(guī)模天線(massive MIMO)登場的時候了,高頻資源的頻率很高,波長就很短(毫米波),那么在天線設(shè)計的時候可以做到天線陣子和他們之間的距離很小,就可以在很小的范圍內(nèi)集成天線陣列。天線陣子數(shù)量的增加可以帶來額外的增益,結(jié)合波束賦形,波束追蹤技術(shù)以彌補(bǔ)高頻通信在傳播上的受限。

如此高的速率可以支持什么應(yīng)用呢?

高速上傳下載3D視頻,4K甚至8K視頻流的實(shí)時播放結(jié)合云技術(shù),工作,生活和娛樂全都交給云AR,VR與游戲生活相結(jié)合Media everywhere 改變媒體傳播的方式

2.大容量

物聯(lián)網(wǎng)這個話題最近幾年來一直占據(jù)著熱門,但是受限于終端的功耗以及無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋,廣域物聯(lián)網(wǎng)仍處于萌芽的狀態(tài),伴隨著5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),可以預(yù)見未來它必將大熱。

5G將會通過什么技術(shù)手段來支持物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展呢?首先看看它將如何解決物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心問題:功耗問題是困擾著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的最大障礙,因?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)太多,而且由于很多條件的限制,終端沒有辦法充電,只有通過初次裝入電池,寄希望于終端自身能夠節(jié)省電能,使用越久越好。為了解決這個問題3GPP專門推出了針對廣域物聯(lián)網(wǎng)的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過限定終端的速率(物聯(lián)網(wǎng)終端對通信的實(shí)時性一般不高),降低使用帶寬,降低終端發(fā)射功率,降低天線復(fù)雜度(SISO),優(yōu)化物理層技術(shù)(HARQ,降低盲編碼嘗試),半雙工使終端的耗電量降低。而5G還會在這個基礎(chǔ)上走得更遠(yuǎn),通過降低信令開銷使終端更加省電,使用非正交多址技術(shù)以支持更多的終端接入。

大容量應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)智慧城市智慧家居智慧電網(wǎng)智能放牧,種植物流實(shí)時追蹤(以后不是查快遞到?jīng)]到,而是查它在哪條路上)

低時延高可靠LTE網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使移動網(wǎng)絡(luò)的時延邁進(jìn)了100ms的關(guān)口,使對實(shí)時性要求比較高的應(yīng)用如游戲,視頻,數(shù)據(jù)電話成為可能。而5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),將會使時延降到更低,會為更多對時延要求極致的應(yīng)用提供生長的土囊。

降低時延的技術(shù)原理:LTE中的一個TTI是1ms,而5G將通過對幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計,將每個子幀在時域上進(jìn)行縮短從而在物理層上進(jìn)行時延的優(yōu)化。相信在后期5G信令的設(shè)計上也會采用以降低時延為目標(biāo)的信令結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

3.低時延高可靠應(yīng)用

遠(yuǎn)程醫(yī)療手術(shù)遠(yuǎn)程駕駛車聯(lián)網(wǎng)自動駕駛工業(yè)控制

網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀截止2016年4月,全世界162個國家共有496張LTE網(wǎng)絡(luò),有78億設(shè)備通過移動通信網(wǎng)絡(luò)相連接,而其中只有12億連接使用LTE,近一半的設(shè)備還使用的是蝸牛一般的2G網(wǎng)絡(luò)。未來伴隨著5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),數(shù)據(jù)流量一定會呈指數(shù)級別的增長,相信5G這陣妖風(fēng)一定會吹出一個又一個的風(fēng)口,越來越多的應(yīng)用會應(yīng)運(yùn)而生。而用戶體會到的是真真正正的便捷與無處不在的優(yōu)異的網(wǎng)絡(luò)連接。

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